贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
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•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
导向控制
• 行业内最精确的导向控制 • 不受 “粘滑” 影响 • 不受钻头压降影响 • 冗余造斜 • 在硬岩层和软岩层以及大位移井中都已得到充分证明
Inclination (deg)
90 80 70 60 50 40 30 20 10
6000.00
应用：
• 高效率钻井 • 精确导向，钻达或钻穿小或薄的靶点 • 以复杂的井身轨迹钻达圈闭油藏 • 用大位移井击中远距离靶点
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
世界上最具挑战性的三维井身轨迹
挪威TROLL油田提高采收率 使用AutoTrak RCLS闭环旋转钻井系统钻出世界上最具挑战性的井眼轨迹
Power 动O力ut输p出u（tKW(）kW)
马达动力的发展
500
450
4 3/4"
400
6 3/4"
350
9 1/2"
300 Navi-Drill
250
200
150
100
50
0
1985
1990
ULTRA
1995
2000
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
X-treme
0.00
Inclination control in tangent sections
- AutoTrak RCLS - Conventional
1000.00
2000.00
3000.00
Normalized MD (ft)
4000.00
5000.00
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
15 ½”上稳定器
9 ½” VertiTrak 工具
TruTrak 系统
MWD短节
配合节头
TruTrak 系统 = • MCLS + Sensor Sub +
Adapter Sub (定向) 或 • MCLS + Stop Sub (垂钻)
脉冲发生器短节 控制短节
MCLS
X-treme动力节
导向节
– 自动、独立的垂直钻井系统 – 双向通讯 – 井斜与系统诊断
MCLS (TruTrak) or VertiTrak Tool
MWD Sensor Sub MCLS (TruTrak) Tool
TruTrak 定向钻井服务
• 定向钻井 • 服务:
– 自动导向
• 井斜 0° - 30°/100’ (6 ¾”, 8”, 9 ½”工具) • 井斜 0° - 90°/100’ (4 ¾”工具)
M随W钻D P测u量lse脉r &冲P器ow和er 发电机S-upBpClyPM
N中eu子tro孔n隙Po度ro/s密ity度/ 随De钻ns测ity井LWD
Copyright Baker Hughes Inc. 2013
•AutoTrak X-treme在8.5’’&6’’井段以更低的振动、粘滑 和地面转速提供更快的机械钻速
连续管4 ¾“ VertiTrak / TruTrak 服务
AutoTrak闭环旋转导向钻井系统 (RCLS)
闭环旋转导向钻井技术 AutoTrak G3.0 概述
•导向装置AutoTrak
•LWD 传感器模块
•近钻头井斜 •1.0m (3ft)
•环空压力/ECD •电阻率
•方位/旋转方位、井斜
螺杆驱动的自动钻井系统
功能
• 井下闭环提供连续的轨迹修正 • 近钻头井斜传感器 • 大功率高效动力节提高机械钻速 • 具有在不影响钻井参数的情况下保持
井眼垂直的能力 • 一体化的设备
包括 : – 井斜 – 导向 – 动力节
• 双模式: – 滑动 – 旋转划眼
DMrCiovoteonTrtrroalinS&ub SSteeecrtinogn Section
TruTrak 工作图rak 指令
降 斜 钻 下 直 段!
TruTrak 指令
多重选择:
• 垂直钻井模式 • 造斜模式 • 稳斜模式
• 灵活的导向力 • 左/右方位力 • 导向肋板收回模式
TruTrak 垂直钻井服务
• 自动垂直钻井 • 服务:
AAuuttooTTrraakk S导tee向rin装g 置Unit
X-treme Technology Motor
X-trePmoewe模r S块ec马tio达n
Re电si阻sti率vit/y伽/ 玛Ga/m压m力a随/ P钻re测ss井ure LWD 传感器模S块en-sOornMToradkule
OnTrak Sensor Sub
总结
VertiTrak/TruTrak 是一种非旋转垂直钻井系统, 钻柱扭矩小,尤其适合在硬地层使 用
井眼质量好 VertiTrak可独立工作,不需另外的MWD系统 4 ¾” 工具用于 5 ½” – 6 ½ ” 井眼 6 ¾” 工具用于 8 ½” – 9 7/8” 井眼 9 ½” 工具用于 12 ¼” – 28” 井眼
2005
自动闭环井斜控制
自动闭环控制井斜,并随钻测量井斜、井温及井下工具工作状态等参数 压力传感器
井下VTK工具 MWD
井下闭环控制 导向力/目标井斜
地面控制 系统
排量变 化序列
如何工作?
导向稳定器 钻进工作模式（Steer Mode）该工作模式下有1个或2个肋板在液压的 作用下伸出； 划眼工作模式 (Ribs-off Mode)该工作模式下三个肋板全部收回 3个可伸缩高推力导向肋板
5 ½” 钻杆 9"减震器5.96m+(NC611*830)X/O接头 0.46m+11"钻铤*2+ (831*730)X/O接头 +9" 钻铤×4+(731*630)X/O接头+8"钻铤×1+(631*NC560)X/O接头+8"震击器 7.03m+柔性短节2.67m+(NC561*630)X/O接头+8"钻铤*3+ X/O接头(631*520)
•连续的闭环导向 •精确的靶点击中 •精确的地质导向 •收益最大化 •产量最大化 •开采最大化
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme – 马达动力旋转导向钻井技术
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme 钻井系统
导向经验
CCooiillTTrraakk
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
贝克休斯闭环控制自动钻井系统
旋转导向钻井系统
滑动导向钻井系统
®
V
4
贝克休斯旋转导向钻井系统家族
旋转导向钻井系统
3D 旋转导向钻井系统
垂直钻井系统
©5 201
螺杆驱动的自动钻井系统
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
Pulser
Alternator Hydraulics
Inclinometer/ Electornics
Steering Ribs
X-treme 动力节
• 强大的功率和扭矩输出 – 比常规泥浆马达高60%
• 更高的效率
• 予成型定子技术
• 降低了90% 的橡胶用量 – 更低的磨阻 – 更小的变形
寿命更长,使用次数更多
开环和闭环控制提高钻井效率
指令下传确认 • 降低钻井风险 • 增加泻油面积 • 有利的油藏部位
不停钻指令下传 • 减少非生产时间 • 提高机速 • 更快的指令下传速度 • 实际最深下传测深112500米
井下闭环控制 • 自动导向 • 平滑的井眼和精确的垂深控制
© 201
通讯 -下行联络
• 进行从地面到井下的负脉冲信号传送 • 旁路执行器分流15%的泥浆流量 • 自动电脑控制操作 • 随钻测量速度快（~3到5分钟） • 各工具数据完全确认 • 11公里测深的实证经验 • 可靠性强
双向通讯
较低的 转速
随钻测量/测井 - OnTrak
X-treme 模块马达
较高的 转速
高动力马达旋转闭环系统 •集成式带通讯能力的 X-treme 模块马达 •钻头输出高转速和大扭矩 •地表转速低
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme – 典型的下部钻具组合设计
– 定向服务 – 选项
• 伽玛 （实时） • CoPilot 钻井优化服务
LWD
TruTrak + 定向钻井 + LWD 服务
• 定向钻井 + LWD • 服务:
– 自动导向 – 高级随钻测斜服务 – 钻井优化（CoPilot ) – 标准LWD服务 – 高级LWD服务可选
BCPM
MCLS (TruTrak) Tool
Slide
计划轨迹 弯螺杆所钻轨迹
AutoTrak® 所钻轨迹
旋转导向钻井技术 - 连续导向的能力
和其他一些旋转导向系统不同，AutoTrak系统真正实现连续导向并打出平滑 的井眼轨迹
导向模式 ： – 可提供7500个矢量的选择 – 工具按给定的工具面和给定的导向力进行
导向 – 可随时调控制轨迹的能力
动态诊断与压力 •20.1m (66ft)
•优化旋转密度仪 (ORD) •测径校正中子仪 (CCN) •Co-Pilot
•声波探测仪 (SoundTrak)
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
旋转驱动轴
泥浆润滑轴承
液压模块
导向肋板
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
贝克休斯定向钻井技术发展历程
马达技术
Navi-Drill
自动滑钻系统
闭环旋转导向系统
连续管下部钻具组合
Ultra Series
X-Treme
Ultra XT 新一代马达
VertiTrak
6 ¾” VTK TruTrak
AutoTrak 1.5 AutoTrak 2.5 AutoTrak G3.0 ATK X-Treme ATK 4-3/4” 3 1/8” US ATK
•4.7m (16 ft) •6.1m (20ft) •7.8m (25ft)
•导向头
•伽马 及伽马成像 (5.0m 16ft)
•OnTrak™
•振动与粘滑 •(7.8m 25ft)
•双向通讯和动力模块
•BCPM
•测径
•密度
•14.9m (49ft) •15.6m (51ft)
•中子孔隙度 •18.0m (59ft)
无线电源与通讯链路
控制电路与近钻头井斜
非旋转可导向稳定器滑套
导向力
29
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
方向 方向矢量
高边
30© 201
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
力1
力3
力2
目标矢量
31© 201
矢量分解
各肋板得到分力
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
“ 指向式” 还是 “推靠 式”？
(每片3吨) 可靠的独立液压驱动提供 不受钻 井参数和地层特性影响的连续井斜控制
导向原理 - 向量合成示意图
off
A
C
off
B
off
导向原理 - 向量合成示意图
C
on
off
A
导向矢量
B
off
导向原理 - 向量合成示意图
C
on
导向矢量
off
A
导向力
B
on
16”井眼VertiTrak BHA例子
32 © 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
33 © 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
可导向螺杆与 AutoTrak®
AutoTrak 钻进轨迹
稳斜模式： – 高精确度 – 发送精确的井斜目标指令 – 自动按照井斜目标指令进行平滑导向 – 在新指令到达之前，将保持在目标井斜角
±0.1º之内 – 井身轨迹可同步转弯 – 可随时调整目标井斜或同步转弯的曲率
非连续旋转导向工具轨迹
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
大庆，2013年8月8日
© 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
定向钻井及地层评价技术交流内容
1. 垂直钻井技术 VertiTrak 2. 自动定向井技术TrueTrak 3. 旋转导向钻井技术 AutoTrak G3.0 4. 马达动力旋转导向钻井技术 AutoTrak Xtreme 5. 便捷旋转导向钻井技术 AutoTrak eXpress 6. 高造斜率旋转导向技术 AutoTrak Curve 7. 旋转导向垂直钻井技术 AutoTrak-V 8. 钻井优化服务Copilot 9. OnTrak MWD/LWD平台和LWD技术
导向控制
• 行业内最精确的导向控制 • 不受 “粘滑” 影响 • 不受钻头压降影响 • 冗余造斜 • 在硬岩层和软岩层以及大位移井中都已得到充分证明
Inclination (deg)
90 80 70 60 50 40 30 20 10
6000.00
应用：
• 高效率钻井 • 精确导向，钻达或钻穿小或薄的靶点 • 以复杂的井身轨迹钻达圈闭油藏 • 用大位移井击中远距离靶点
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
世界上最具挑战性的三维井身轨迹
挪威TROLL油田提高采收率 使用AutoTrak RCLS闭环旋转钻井系统钻出世界上最具挑战性的井眼轨迹
Power 动O力ut输p出u（tKW(）kW)
马达动力的发展
500
450
4 3/4"
400
6 3/4"
350
9 1/2"
300 Navi-Drill
250
200
150
100
50
0
1985
1990
ULTRA
1995
2000
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
X-treme
0.00
Inclination control in tangent sections
- AutoTrak RCLS - Conventional
1000.00
2000.00
3000.00
Normalized MD (ft)
4000.00
5000.00
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
15 ½”上稳定器
9 ½” VertiTrak 工具
TruTrak 系统
MWD短节
配合节头
TruTrak 系统 = • MCLS + Sensor Sub +
Adapter Sub (定向) 或 • MCLS + Stop Sub (垂钻)
脉冲发生器短节 控制短节
MCLS
X-treme动力节
导向节
– 自动、独立的垂直钻井系统 – 双向通讯 – 井斜与系统诊断
MCLS (TruTrak) or VertiTrak Tool
MWD Sensor Sub MCLS (TruTrak) Tool
TruTrak 定向钻井服务
• 定向钻井 • 服务:
– 自动导向
• 井斜 0° - 30°/100’ (6 ¾”, 8”, 9 ½”工具) • 井斜 0° - 90°/100’ (4 ¾”工具)
M随W钻D P测u量lse脉r &冲P器ow和er 发电机S-upBpClyPM
N中eu子tro孔n隙Po度ro/s密ity度/ 随De钻ns测ity井LWD
Copyright Baker Hughes Inc. 2013
•AutoTrak X-treme在8.5’’&6’’井段以更低的振动、粘滑 和地面转速提供更快的机械钻速
连续管4 ¾“ VertiTrak / TruTrak 服务
AutoTrak闭环旋转导向钻井系统 (RCLS)
闭环旋转导向钻井技术 AutoTrak G3.0 概述
•导向装置AutoTrak
•LWD 传感器模块
•近钻头井斜 •1.0m (3ft)
•环空压力/ECD •电阻率
•方位/旋转方位、井斜
螺杆驱动的自动钻井系统
功能
• 井下闭环提供连续的轨迹修正 • 近钻头井斜传感器 • 大功率高效动力节提高机械钻速 • 具有在不影响钻井参数的情况下保持
井眼垂直的能力 • 一体化的设备
包括 : – 井斜 – 导向 – 动力节
• 双模式: – 滑动 – 旋转划眼
DMrCiovoteonTrtrroalinS&ub SSteeecrtinogn Section
TruTrak 工作图rak 指令
降 斜 钻 下 直 段!
TruTrak 指令
多重选择:
• 垂直钻井模式 • 造斜模式 • 稳斜模式
• 灵活的导向力 • 左/右方位力 • 导向肋板收回模式
TruTrak 垂直钻井服务
• 自动垂直钻井 • 服务:
AAuuttooTTrraakk S导tee向rin装g 置Unit
X-treme Technology Motor
X-trePmoewe模r S块ec马tio达n
Re电si阻sti率vit/y伽/ 玛Ga/m压m力a随/ P钻re测ss井ure LWD 传感器模S块en-sOornMToradkule
OnTrak Sensor Sub
总结
VertiTrak/TruTrak 是一种非旋转垂直钻井系统, 钻柱扭矩小,尤其适合在硬地层使 用
井眼质量好 VertiTrak可独立工作,不需另外的MWD系统 4 ¾” 工具用于 5 ½” – 6 ½ ” 井眼 6 ¾” 工具用于 8 ½” – 9 7/8” 井眼 9 ½” 工具用于 12 ¼” – 28” 井眼
2005
自动闭环井斜控制
自动闭环控制井斜,并随钻测量井斜、井温及井下工具工作状态等参数 压力传感器
井下VTK工具 MWD
井下闭环控制 导向力/目标井斜
地面控制 系统
排量变 化序列
如何工作?
导向稳定器 钻进工作模式（Steer Mode）该工作模式下有1个或2个肋板在液压的 作用下伸出； 划眼工作模式 (Ribs-off Mode)该工作模式下三个肋板全部收回 3个可伸缩高推力导向肋板
5 ½” 钻杆 9"减震器5.96m+(NC611*830)X/O接头 0.46m+11"钻铤*2+ (831*730)X/O接头 +9" 钻铤×4+(731*630)X/O接头+8"钻铤×1+(631*NC560)X/O接头+8"震击器 7.03m+柔性短节2.67m+(NC561*630)X/O接头+8"钻铤*3+ X/O接头(631*520)
•连续的闭环导向 •精确的靶点击中 •精确的地质导向 •收益最大化 •产量最大化 •开采最大化
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme – 马达动力旋转导向钻井技术
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme 钻井系统
导向经验
CCooiillTTrraakk
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
贝克休斯闭环控制自动钻井系统
旋转导向钻井系统
滑动导向钻井系统
®
V
4
贝克休斯旋转导向钻井系统家族
旋转导向钻井系统
3D 旋转导向钻井系统
垂直钻井系统
©5 201
螺杆驱动的自动钻井系统
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
Pulser
Alternator Hydraulics
Inclinometer/ Electornics
Steering Ribs
X-treme 动力节
• 强大的功率和扭矩输出 – 比常规泥浆马达高60%
• 更高的效率
• 予成型定子技术
• 降低了90% 的橡胶用量 – 更低的磨阻 – 更小的变形
寿命更长,使用次数更多
开环和闭环控制提高钻井效率
指令下传确认 • 降低钻井风险 • 增加泻油面积 • 有利的油藏部位
不停钻指令下传 • 减少非生产时间 • 提高机速 • 更快的指令下传速度 • 实际最深下传测深112500米
井下闭环控制 • 自动导向 • 平滑的井眼和精确的垂深控制
© 201
通讯 -下行联络
• 进行从地面到井下的负脉冲信号传送 • 旁路执行器分流15%的泥浆流量 • 自动电脑控制操作 • 随钻测量速度快（~3到5分钟） • 各工具数据完全确认 • 11公里测深的实证经验 • 可靠性强
双向通讯
较低的 转速
随钻测量/测井 - OnTrak
X-treme 模块马达
较高的 转速
高动力马达旋转闭环系统 •集成式带通讯能力的 X-treme 模块马达 •钻头输出高转速和大扭矩 •地表转速低
Copyright Baker Hughes Inc. 2007
AutoTrak X-treme – 典型的下部钻具组合设计
– 定向服务 – 选项
• 伽玛 （实时） • CoPilot 钻井优化服务
LWD
TruTrak + 定向钻井 + LWD 服务
• 定向钻井 + LWD • 服务:
– 自动导向 – 高级随钻测斜服务 – 钻井优化（CoPilot ) – 标准LWD服务 – 高级LWD服务可选
BCPM
MCLS (TruTrak) Tool
Slide
计划轨迹 弯螺杆所钻轨迹
AutoTrak® 所钻轨迹
旋转导向钻井技术 - 连续导向的能力
和其他一些旋转导向系统不同，AutoTrak系统真正实现连续导向并打出平滑 的井眼轨迹
导向模式 ： – 可提供7500个矢量的选择 – 工具按给定的工具面和给定的导向力进行
导向 – 可随时调控制轨迹的能力
动态诊断与压力 •20.1m (66ft)
•优化旋转密度仪 (ORD) •测径校正中子仪 (CCN) •Co-Pilot
•声波探测仪 (SoundTrak)
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
旋转驱动轴
泥浆润滑轴承
液压模块
导向肋板
•Copyright Baker Hughes Inc. 2007
贝克休斯定向钻井技术发展历程
马达技术
Navi-Drill
自动滑钻系统
闭环旋转导向系统
连续管下部钻具组合
Ultra Series
X-Treme
Ultra XT 新一代马达
VertiTrak
6 ¾” VTK TruTrak
AutoTrak 1.5 AutoTrak 2.5 AutoTrak G3.0 ATK X-Treme ATK 4-3/4” 3 1/8” US ATK
•4.7m (16 ft) •6.1m (20ft) •7.8m (25ft)
•导向头
•伽马 及伽马成像 (5.0m 16ft)
•OnTrak™
•振动与粘滑 •(7.8m 25ft)
•双向通讯和动力模块
•BCPM
•测径
•密度
•14.9m (49ft) •15.6m (51ft)
•中子孔隙度 •18.0m (59ft)
无线电源与通讯链路
控制电路与近钻头井斜
非旋转可导向稳定器滑套
导向力
29
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
方向 方向矢量
高边
30© 201
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
力1
力3
力2
目标矢量
31© 201
矢量分解
各肋板得到分力
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
“ 指向式” 还是 “推靠 式”？
(每片3吨) 可靠的独立液压驱动提供 不受钻 井参数和地层特性影响的连续井斜控制
导向原理 - 向量合成示意图
off
A
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导向原理 - 向量合成示意图
C
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导向矢量
B
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导向原理 - 向量合成示意图
C
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导向矢量
off
A
导向力
B
on
16”井眼VertiTrak BHA例子
32 © 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
旋转导向钻井技术 AutoTrak 导向原理
33 © 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
可导向螺杆与 AutoTrak®
AutoTrak 钻进轨迹
稳斜模式： – 高精确度 – 发送精确的井斜目标指令 – 自动按照井斜目标指令进行平滑导向 – 在新指令到达之前，将保持在目标井斜角
±0.1º之内 – 井身轨迹可同步转弯 – 可随时调整目标井斜或同步转弯的曲率
非连续旋转导向工具轨迹
•Copyright Baker Hughes Inc. 2013
贝克休斯钻井及随钻地层评价技术交流
大庆，2013年8月8日
© 2010 Baker Hughes Incorporated. All Rights Reserved.
定向钻井及地层评价技术交流内容
1. 垂直钻井技术 VertiTrak 2. 自动定向井技术TrueTrak 3. 旋转导向钻井技术 AutoTrak G3.0 4. 马达动力旋转导向钻井技术 AutoTrak Xtreme 5. 便捷旋转导向钻井技术 AutoTrak eXpress 6. 高造斜率旋转导向技术 AutoTrak Curve 7. 旋转导向垂直钻井技术 AutoTrak-V 8. 钻井优化服务Copilot 9. OnTrak MWD/LWD平台和LWD技术